Τι χρώμα έχουν οι φαιοί νάνοι;

Εκ πρώτης όψεως η ερώτηση στον τίτλο μοιάζει ταυτολογική. Οι φαιοί νάνοι θα έπρεπε να είναι… φαιοί. Η απάντηση όμως δεν είναι καθόλου αυτονόητη. 

Τη δεκαετία του 1960 προτάθηκε η ύπαρξη ενός είδους αστροφυσικού αντικειμένου που θα ήταν κάτι μεταξύ πλανήτη και αστέρα. Η μάζα του θα ήταν μεγαλύτερη από αυτή των πλανητών αλλά όχι τόσο μεγάλη ώστε η δύναμη της βαρύτητάς του να προκαλεί σύντηξη υδρογόνου στον πυρήνα του (η οποία γίνεται σε αντικείμενα με μάζα 80 φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του Δία¹). Θα ήταν σαν υπό κατασκευή αστέρες που δεν κατάφεραν να μαζέψουν αρκετή μάζα ώστε να ξεκινήσουν την αστρική σταδιοδρομία τους.

Επειδή οι μικρότεροι και αμυδρότεροι αστέρες ονομάζονται ερυθροί νάνοι, οι αστροφυσικοί αναζήτησαν μία ονομασία που να εκφράζει το ότι πρόκειται για κάτι παρόμοιο αλλά πολύ αμυδρότερο και, κατά κάποιο τρόπο, ερυθρότερο (λόγω χαμηλότερης θερμοκρασίας). Έτσι αρχικά ονομάστηκαν μελανοί νάνοι αλλά, επειδή ο όρος δεν ήταν ακριβής και ταίριαζε καλύτερα σε κάτι εντελώς διαφορετικό, τη δεκαετία του 1970 μετονομάστηκαν σε καφέ νάνους – στην αγγλόφωνη βιβλιογραφία. Στην ελληνόφωνη ονομάστηκαν φαιοί, δηλαδή γκρίζοι, νάνοι, για κάποιον μυστήριο λόγο². Αλλά δεν έχει πολύ σημασία, γιατί ούτε το μαύρο, ούτε το γκρι, ούτε το καφέ αποδίδουν σωστά το πραγματικό (;) χρώμα τους.

Ένας φαιός νάνος, ανάλογα με τη μάζα του, μπορεί να ανήκει σε διάφορους φασματικούς τύπους, που έχουν διαφορετική επιφανειακή θερμοκρασία. Οι πιο θερμοί (φασματικού τύπου L) μπορούν να φτάσουν τους 3000 Κ ³ οπότε, όπως βλέπουμε στην Εικόνα 2, η ακτινοβολία τους εκπέμπεται μεν κυρίως στο υπέρυθρο, αλλά με μία μεγάλη «ουρά» στο οπτικό. Όσο η θερμοκρασία πέφτει (σε φασματικούς τύπους T και μετά Y), τόσο η ακτινοβολία τους μετατοπίζεται πιο βαθιά στο υπέρυθρο, οπότε οι ψυχρότεροι (θερμοκρασίας κάτω των 600 Κ, που είναι παρόμοια με τη θερμοκρασία ενός οικιακού φούρνου) δεν θα φαίνονται σχεδόν καθόλου στο οπτικό φως, εκτός αν φωτίζονται από κάτι άλλο κοντά τους, όπως π.χ. έναν αστέρα.  

Αλλά ένας απλός υπολογισμός της θερμικής τους εκπομπής⁴ δεν αρκεί για να βρούμε τι χρώμα έχουν. Μπορεί μεν το περισσότερο από το οπτικό τους φως να εκπέμπεται στο κόκκινο αλλά οι ατμόσφαιρες των φαιών νάνων είναι πυκνές και περιέχουν διάφορα χημικά στοιχεία και χημικές ενώσεις που απορροφούν το φως σε διάφορα μήκη κύματος. Έτσι, το ποσό ακτινοβολίας που εν τέλει εκπέμπεται στο οπτικό τμήμα του φάσματος διαμορφώνεται από τις απορροφήσεις αυτές. Υδρατμοί, μονοξείδιο του άνθρακα, μεθάνιο, αμμωνία, και μοριακό υδρογόνο απορροφούν ακτινοβολία κυρίως στο κοντινό υπέρυθρο, μειώνοντας έτσι την υπεροχή του κόκκινου χρώματος. Το νάτριο, που παρατηρείται και αυτό σε αφθονία σε αυτές τις ατμόσφαιρες, απορροφά στο κίτρινο με πορτοκαλί τμήμα του φάσματος, αφήνοντας ανεπηρέαστο το μπλε. Όπως ξέρουμε και από τη ζωγραφική, όταν έχουμε κόκκινο μαζί με μπλε το βλέπουμε σαν μωβ. Συνδυάζοντας αυτά τα συστατικά, λοιπόν, το χρώμα ενός φαιού νάνου καταλήγει, ανάλογα με το φασματικό του τύπο, να είναι από κοκκινωπό έως ιώδες/μαύρο, με ενδιάμεσες αποχρώσεις εξωφασματικού μωβ⁵, όπως αποδίδεται στην Εικόνα 1.

¹ Η μάζα του Δία είναι περίπου 318 φορές η μάζα της Γης.

² Μάλλον υποδηλώνοντας τη χαμηλή τους φωτεινότητα, παρά κάποιο χρώμα.

³ Η κλίμακα Κέλβιν (K) είναι παρόμοια με την κλίμακα Κελσίου (C), μόνο που το μηδέν της κλίμακας Κέλβιν αντιστοιχεί στους -273 βαθμούς Κελσίου περίπου.

⁴ Θερμική εκπομπή είναι η ακτινοβόληση αποκλειστικά λόγω της θερμότητας ενός σώματος, και έχει μία ομαλή μορφή σε σχέση με το μήκος κύματος, όπως φαίνεται στην Εικόνα 2.

⁵ Εξωφασματικές είναι οι αποχρώσεις του κοκκινωπού μωβ που δεν αντιστοιχούν σε κάποια φασματική συχνότητα αλλά προκύπτουν μόνο από τη σύνθεση δύο ή περισσότερων συχνοτήτων (για παράδειγμα, αν αναμίξει κανείς κόκκινο και μπλε μπορεί να παράξει φούξια, το οποίο δεν υπάρχει από μόνο του ως συχνότητα). Είναι οι αποχρώσεις με τις οποίες ‘κλείνει’ ο χρωματικός κύκλος, που σαν φασματική γραμμή εκτείνεται μόνο από το κόκκινο μέχρι το ιώδες (μωβ), όπως φαίνεται και στην Εικόνα 2.